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千兆以太網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )（EPON）是一種點(diǎn)到多點(diǎn)拓撲結構的光接入網(wǎng)技術(shù)，采用無(wú)源光器件連接局端和遠端設備，實(shí)現以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的透明傳輸，并能在同一架構中實(shí)現語(yǔ)音、視頻等綜合業(yè)務(wù)的接入。EPON作為新興接入網(wǎng)技術(shù)的突出優(yōu)勢在于低成本、易維護和擴展性好。EPON系統由OLT與ONU構成。 ONU硬件系統設計 系統硬件由嵌入式控制模塊和網(wǎng)絡(luò )交換模塊兩部分構成。嵌入式控制模塊是ONU的控制和管理核心，它為嵌入式Linux操作系統的運行提供硬件平臺，通過(guò)它來(lái)實(shí)現對網(wǎng)絡(luò )交換模塊的控制與配置，實(shí)現網(wǎng)絡(luò )交換模塊的正常運行。網(wǎng)絡(luò )交換模塊提供以太幀的交換與轉發(fā)功能，嵌入式控制模塊通過(guò)PCI總線(xiàn)與網(wǎng)絡(luò )交換模塊進(jìn)行通信，訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò )交換模塊內部各芯片的寄存器，對各芯片進(jìn)行配置并獲取各個(gè)芯片的狀態(tài)信息。網(wǎng)絡(luò )交換模塊內部的交換芯片BCM5615將嵌入式控制模塊對它的訪(fǎng)問(wèn)，轉換為自己對網(wǎng)絡(luò )交換模塊內部各芯片的訪(fǎng)問(wèn)，這樣就實(shí)現了嵌入式控制模塊對網(wǎng)絡(luò )交換模塊內部各芯片的管理。 嵌入式控制模塊接口設計 嵌入式處理器MPC8245簡(jiǎn)介 MPC8245由一個(gè)外設邏輯塊和一個(gè)32位超標量體系結構PowerPC處理器內核構成。在外設邏輯塊中集成了一個(gè)PCI橋、DUART、內存控制器、DMA控制器、EPIC中斷控制器、一個(gè)消息單元和一個(gè)I2C控制器。處理器內核支持浮點(diǎn)運算和內存管理，具有16KB指令高速緩存（cache）, 16KB數據cache和電源管理特性。MPC8245內含一外設邏輯總線(xiàn)，用于連接處理器內核和外設邏輯塊。處理器內核可在多種不同的頻率下工作。MPC8245既可用作 PCI host，也可用作PCI代理控制器。支持多達2GB的SDRAM；支持1"8 組的4MB, 16MB, 64MB, 128MB, 或256MB存儲器。 時(shí)鐘電路 MPC8245輸入時(shí)鐘由33MHz的的晶振通過(guò)零延時(shí)緩沖器產(chǎn)生四路時(shí)鐘信號，一路作為MPC8245的PCI總線(xiàn)時(shí)鐘和內核的輸入時(shí)鐘，系統時(shí)鐘信號OSC_IN未用，需要接地。MPC8245的引腳PLL_CFG[0:4]用于配置倍頻因子，經(jīng)過(guò)內部倍頻器，產(chǎn)生SDRAM時(shí)鐘和166MHz的CPU內核時(shí)鐘。一路作為RTL8139的PCI總線(xiàn)時(shí)鐘，一路作為BCM5615的PCI總線(xiàn)時(shí)鐘。 PCI總線(xiàn)接口 PCI總線(xiàn)工作在33MHz,設計中要保證PCI時(shí)鐘的時(shí)鐘相位偏移小于2ns,否則，系統可能無(wú)法正常工作。MPC8245作為PCI 主處理器，RTL8139和BCM5615的REQ#、GNT#分別連到MPC8245的REQ[0：1]#、GNT[0：：1]#，由MPC8245來(lái)實(shí)現總線(xiàn)的仲裁。利用地址線(xiàn)AD31,AD30來(lái)決定RTL8139、BCM5615的IDSEL, 實(shí)現PCI總線(xiàn)配置訪(fǎng)問(wèn)時(shí)對RTL8139、BCM5615的片選。這種方法會(huì )使AD31,AD30線(xiàn)上增加一個(gè)負載，因此將它們的IDSEL通過(guò)1K?電阻耦合到AD31、AD30上來(lái)解決負載加重的問(wèn)題。PCI總線(xiàn)的控制信號都要求有上拉電阻，保證它們在沒(méi)有驅動(dòng)設備驅動(dòng)總線(xiàn)的情況下仍然具有穩定的值，因而 FRAME#、TRDY#、IRDY#、DEVSEL#、STOP#、SERR#和PERR#這些信號使用10K?電阻上拉。 Flash 在MPC8245 中，ROM/Flash被分為2 個(gè)BANK ，BANK0 的地址為0xFF800000"0xFFFFFFFF ，片選為/RCS0， RCS0接存儲代碼的存儲器片選；BANK1 的地址為0xFF000000"0xFF7FFFFF，片選為/RCS1。 ROM/Flash/SRAM 工作在不同的數據寬度（8位，16位，32位，64位）地址總線(xiàn)下，復位時(shí)，MPC8245的引腳MDL0、/FOE決定啟動(dòng)數據位寬度；復位后，硬件復位配置字決定數據的寬度。 本設計中選擇512KB的Flash作為Bootloader代碼存儲器，系統工作在8位模式,對應的地址為0xFF800000"0xFF87FFFF。選用兩片AM29LV320B分別作為Bootloader/Linux內核和文件存儲器，AM29LV320B是32 Mb、單3.3V電源供電的閃存，編程和擦寫(xiě)電壓由內部產(chǎn)生，與JEDEC單電源閃存標準兼容；可組成4M×8Bit或2M×16Bit的存儲器�？捎脴藴蔈PROM編程器進(jìn)行編程；存取時(shí)間最短為70ns；獨立的片選(CE#)、寫(xiě)使能(WE#) 和輸出使能(OE#)控制，可減小對總線(xiàn)的壓力。片選RCS1、RCS2分別選擇兩片Flash,RCS1選中的Flash對應的地址為0xFF000000"0xFF3FFFFF，RCS2選中的Flash地址由編程決定。 跳線(xiàn)J1用來(lái)將RCS0接到Flash1，RCS1接到Flash0，這樣在Bootloader代碼運行后，將Bootloader代碼、Linux內核代碼都燒到Flash1，節約一片512KB的Flash，同時(shí)留下RCS2、RCS3片選信號，留作以后擴展Flash用。 SDRAM 32MB的SDRAM由兩片HY57V283220T組成。MPC8245的SDRAM接口 使用一個(gè)片選信號CS1，同時(shí)作為兩片HY57V 283220T的片選，構成64位數據的SDRAM。 HY57V283220T是4 Bank×1M×32Bit的CMOS SDRAM，單3.3±0.3V電源供電，所有引腳與LVTTL接口兼容，所有輸入和輸出都以系統時(shí)鐘的上升沿為參考。 CONSOLE和EMS接口電路 串行通信通過(guò)MAX232芯片實(shí)現，工作在3.3V工作電壓，它的體積比較小，工作穩定。通過(guò)串口可實(shí)現對ONU的網(wǎng)絡(luò )管理。使用常用的PHY芯片RTL8139擴展一個(gè)10Mbps網(wǎng)口，使得在Bootloader代碼引導系統后，通過(guò)該網(wǎng)口下載Linux內核代碼，系統運行后通過(guò)該網(wǎng)口對ONU進(jìn)行WEB管理。 交換模塊接口設計 以太網(wǎng)交換模塊由1個(gè)BCM5615交換芯片、3個(gè)BCM5228B PHY芯片、1個(gè)BCM5221PHY芯片、1個(gè)HDMP-1636A千兆SERDES和SDRAM芯片組成。該模塊提供1個(gè)千兆光口（1000BASE-LX），25個(gè)百兆光口（100BASE-FX），是實(shí)現ONU功能的核心部分。一個(gè)千兆口作為PON的接收端口，接收OLT廣播發(fā)送的數據包；另一個(gè)千兆口連接成百兆口，作為PON的發(fā)送端口，向OLT發(fā)送數據，該端口發(fā)射的是特殊波長(cháng)的光。通過(guò)特殊的交換機制來(lái)實(shí)現ONU與OLT的連接。 BCM5615芯片簡(jiǎn)介 BCM5615是集成多層交換芯片，是以太網(wǎng)交換模塊的核心。它具有24個(gè)10/100Mbps和2個(gè)10/100/1000Mbps以太網(wǎng)口；具有2層和3層交換和2"7層過(guò)濾功能；可實(shí)現全線(xiàn)速交換，交換速率達670萬(wàn)包/秒；支持IEEE 802.1Q.D；具有256KB的內部數據包存儲器，可以用SDRAM擴展64MB外部數據包存儲器。 本設計選用3片BCM5228B來(lái)提供24個(gè)PHY端口。BCM5228B是物理層器件，單片內包含8個(gè)獨立的PHY（端口）。BCM5615通過(guò)串行MII管理接口管理3個(gè) BCM5228B芯片的24個(gè)PHY端口，系統對BCM5228B的訪(fǎng)問(wèn)就是通過(guò)轉化為BCM5615的串行MII管理接口上的操作來(lái)實(shí)現的。BCM5228B每個(gè)PHY端口的管理地址由PHYADD[4：：0]引腳設置，若BCM5228B的PHYADD[4：：0]為PHYAD，則每片8個(gè)端口對應的管理地址分別為ADDR=PHYAD+ PORTX，PORTX為每個(gè)PHY端口的編號。 時(shí)鐘電路 BCM5615的芯核時(shí)鐘由133MHz的晶振產(chǎn)生,設計PCB時(shí)，應盡量靠近BCM5615的時(shí)鐘輸入引腳,BCM5615的GMII時(shí)鐘與MII時(shí)鐘均為125MHz，由125MHz的晶振通過(guò)74LCX245緩沖后產(chǎn)生四路125MHz的時(shí)鐘源，輸入到BCM5615的GMII_CLKIN引腳和3片BCM5228的REF_CLK引腳。注意連接到BCM5228B的時(shí)鐘線(xiàn)應該等長(cháng)，不管千兆口是否使用，GMII_CLKIN的時(shí)鐘都必須提供。 系統復位電路 系統復位電路采用IMP811復位芯片,通過(guò)74LCX245緩沖后產(chǎn)生多路復位信號,分別接到各個(gè)芯片的復位引腳。為了可靠復位,要求復位信號的上升沿不能有振蕩現象發(fā)生。 系統軟件設計 本文選擇Linux作為操作系統，使用Broadcom公司提供的軟件開(kāi)發(fā)包SDK開(kāi)發(fā)BCM5615的驅動(dòng)程序。PPCBOOT是獨立于其它軟件的，它只負責初始化并配置有關(guān)硬件，然后調用Linux內核映像引導操作系統運行，其它軟件分為用戶(hù)空間程序和內核空間程序兩大部分。在內核空間運行嵌入式Linux操作系統、BCM5615驅動(dòng)程序、RTL8139網(wǎng)口驅動(dòng)程序、實(shí)現STP的STP內核模塊、為方便整個(gè)軟件系統設計和實(shí)現而采用的虛擬設備VND和VCD。它們之間的接口關(guān)系是：Linux提供內核API給BCM5615驅動(dòng)和其它Linux可動(dòng)態(tài)加載內核模塊，如STP、VND、VCD、RTL8139網(wǎng)卡驅動(dòng)等。 ASIC驅動(dòng) ASIC 驅動(dòng)主要是完成對BCM5615的初始化和配置工作，并為上層服務(wù)提供接口。其中SAL 層的目的就是把操作系統所提供的各種服務(wù)映射為驅動(dòng)程序本身的API。第二層即中間層，也可以說(shuō)是整個(gè)驅動(dòng)程序的核心層，它建立在SAL 之上，其設計目標主要是提供底層寄存器和存儲器的訪(fǎng)問(wèn)、PCI 總線(xiàn)操作、DMA 操作以及中斷處理函數等。驅動(dòng)程序的頂層是API層，它建立在DRV層之上，是對DRV 有關(guān)部分的封裝，從而為上層的其他軟件模塊提供各種服務(wù)，其他模塊通過(guò)調用這一層的函數來(lái)訪(fǎng)問(wèn)和控制ASIC。ASIC 驅動(dòng)提供的API 對用戶(hù)進(jìn)程來(lái)說(shuō)是無(wú)法直接調用的，因此本文設計了一個(gè)虛擬的字符設備（TTY），并編寫(xiě)其驅動(dòng)程序，同時(shí)在/dev 目錄下用mknod 命令建立相對應的字符設備文件。 對操作系統來(lái)說(shuō)，BCM5615的26 個(gè)端口對應于一個(gè)物理PCI 設備，即ASIC，它們共享一個(gè)PCI通道和地址空間。這給那些與網(wǎng)絡(luò )設備緊密相關(guān)的軟件帶來(lái)不少麻煩，因此可以把26 個(gè)端口設計成26 個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò )設備（VND）并編寫(xiě)其驅動(dòng)程序。因此，SNMPD 和生成樹(shù)協(xié)議軟件所看到的是26 個(gè)虛擬網(wǎng)卡，和普通的網(wǎng)卡并無(wú)區別。 結語(yǔ) 本文采用波分多址（WDMA）實(shí)現的EPON系統，與同類(lèi)產(chǎn)品相比較，有實(shí)現簡(jiǎn)單、性能好、易于升級、系統造價(jià)低的優(yōu)勢，已經(jīng)在寬帶接入網(wǎng)中獲得重要應用 |
